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1、(10)申请公布号 CN 102956965 A (43)申请公布日 2013.03.06 C N 1 0 2 9 5 6 9 6 5 A *CN102956965A* (21)申请号 201210264004.1 (22)申请日 2012.07.27 H01Q 1/38(2006.01) H01Q 1/48(2006.01) H01Q 1/52(2006.01) H01Q 1/50(2006.01) H01Q 21/24(2006.01) (71)申请人电子科技大学 地址 611731 四川省成都市高新区(西区)西 源大道2006号 (72)发明人高鹏 熊灵 贺爽 (74)专利代理机构成都行。
2、之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 代理人温利平 (54) 发明名称 一种超宽带双极化平面天线 (57) 摘要 本发明涉及一种超宽带双极化平面天线,包 括介质基板及位于介质基板上的金属层,所述金 属层包含了金属区和镂空区,其特征在于,所述金 属区包括位于介质基板四周边缘的接地板,所述 接地板的中心为属于镂空区的多边形槽;所述接 地板的两相邻边上分别具有相互垂直的第一开口 和第二开口;所述第一共面波导传输线贯穿第一 开口后一端与位于多边形槽的第一金属辐射体连 接,另一端作为天线的输入或输出端口;所述第 二共面波导传输线贯穿第二开口后一端与位于多 边形槽的第二金属辐射体连接,另一端作为天线。
3、 的输入或输出端口。本发明的优点和有益效果: 可以有效提高接收或者发射的电磁信号的健壮性 和多路径性,而且该天线结构简单,易于加工,成 本低。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种超宽带双极化平面天线,包括介质基板及位于介质基板上的金属层,所述金属 层包含了金属区和镂空区,其特征在于,所述金属区包括位于介质基板四周边缘的接地板, 所述接地板的中心为属于镂空区的多边形槽;所述接地板的两相邻边上分别具有相互垂直 的第一开口和第二开口;所述第一。
4、共面波导传输线贯穿第一开口后一端与位于多边形槽的 第一金属辐射体连接,另一端作为天线的输入或输出端口(图1中端口1);所述第二共面波 导传输线贯穿第二开口后一端与位于多边形槽的第二金属辐射体连接,另一端作为天线的 输入或输出端口(图1中端口2);所述接地板、多边形槽自身关于水平方向和垂直方向之间 的45度角对称,所述第一开口、第一共面波导传输线和第一金属辐射体分别与第二开口、 第二共面波导传输线和第二金属辐射体关于水平方向和垂直方向之间的45度角对称。 2.根据权利要求1所述的一种超宽带双极化平面天线,其特征在于,上述第一开口和 第二开口为呈阶梯变化的矩形槽,所述矩形槽靠近多边形槽的一段开口较。
5、大,远离多边形 槽的一段开口较小。 3.根据权利要求1所述的一种超宽带双极化平面天线,其特征在于,上述介质基板的 右上角还具有三角形切角24。 4.根据权利要求1所述的一种超宽带双极化平面天线,其特征在于,上述接地板沿水 平方向和垂直方向之间的45度角方向在多边形槽内延伸有一矩形枝节,所述矩形枝节的 末端与接地板保持一定间隔。 权 利 要 求 书CN 102956965 A 1/3页 3 一种超宽带双极化平面天线 技术领域 0001 本发明涉及无线通信中的天线技术领域,特别涉及超宽带双极化平面天线。 背景技术 0002 伴随着个人无线移动通信的迅猛发展,对系统的带宽、数据传输率、抗干扰能力提 。
6、出了更高的要求。超宽带通信技术由于其很宽的工作频带(绝对带宽达到7.5GHz),很低的 传输功率(低于-41.3dBm),很高的数据传输速率(在10米范围内可达到110MHz/s)和很强 的抗干扰能力而受到了广泛的关注。然而,由于很低的传输功率造成了超宽带系统在复杂 环境中的多径衰落现象从而影响系统的性能。多天线MIMO技术(多输入多输出技术)的出 现可以有效的解决上诉问题。MIMO技术可以在不增加额外带宽或者增大发射功率的情况下 提供更大的数据吞吐量和更广的连接范围。天线作为实现超宽带通信的关键部件之一成为 人们的研究热点。 0003 国际电子电气工程师协会天线与传播杂志(I EEE Tra。
7、nsactions on Antenna and Propagation,2009,57(10),3347-3351)介绍了一种宽带双极化的等腰三角形槽天线, 该天线两端口之间的隔离度达到-30dB,但该天线的阻抗带宽仅能覆盖5-6GHz频率范围, 因此不能满足超宽带的应用。 0004 国际电子电气工程师协会天线与传播杂志(IEEE Transactionson Antenna and Propagation,2012,60(3),1596-1600)介绍了一种双端口环形缝隙超宽带天线,该 天线能完全覆盖超宽带通信需要的3.1-10.6GHz的频率范围,两端口之间的隔离度达 到-15dB,满足。
8、无线通信系统对隔离度的要求,但该天线外观尺寸较大,因此不满足便携式 无线通信设备的应用需求。 0005 鉴于上述要求,有必要提出一种紧凑的超宽带双极化平面天线。 发明内容 0006 本发明的目的是为了克服现有的平面天线在宽带范围和外观尺寸上不能兼顾的 不足,提出了一种超宽带双极化平面天线。 0007 本发明的技术方案是:一种超宽带双极化平面天线,包括介质基板及位于介质基 板上的金属层,所述金属层包含了金属区和镂空区,其特征在于,所述金属区包括位于介质 基板四周边缘的接地板,所述接地板的中心为属于镂空区的多边形槽;所述接地板的两相 邻边上分别具有相互垂直的第一开口和第二开口;所述第一共面波导传输。
9、线贯穿第一开口 后一端与位于多边形槽的第一金属辐射体连接,另一端作为天线的输入或输出端口(图1 中端口1);所述第二共面波导传输线贯穿第二开口后一端与位于多边形槽的第二金属辐射 体 连接,另一端作为天线的输入或输出端口(图1中端口2);所述接地板、多边形槽自身关 于水平方向和垂直方向之间的45度角对称,所述第一开口、第一共面波导传输线和第一金 属辐射体分别与第二开口、第二共面波导传输线和第二金属辐射体关于水平方向和垂直方 向之间的45度角对称。 说 明 书CN 102956965 A 2/3页 4 0008 本发明的优点和有益效果:本技术方案采用单面敷铜介质基板制作而成,采用共 面波导馈电方式。
10、,辐射单元与接地板均位于介质基板上表面,这种平面结构使得该天线易 于与其他射频电路相集成,从而减小整个系统的体积;同时,多边形槽中的矩形枝节和刻在 天线右上角的呈等腰直角三角形的三角形切角提高了天线的隔离度,改善了天线性能。该 天线是双极化MIMO天线,可以有效提高接收或者发射的电磁信号的健壮性和多路径性,从 而克服复杂恶劣环境下的多径衰落提高整个通信系统的性能。而且该天线结构简单,易于 加工,成本低。 附图说明 0009 图1是本发明的平面结构示意图。 0010 图2为本发明的S11和S22图。 0011 图3为本发明的S12和S21图。 0012 附图标记说明:金属区1、接地板11、第一共。
11、面波导传输线12、第一金属辐射体13、 第二共面波导传输线14、第二金属辐射体15、矩形枝节16、镂空区2、多边形槽21、第一开口 22、第二开口23、三角形切角24 具体实施方式 0013 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明: 0014 如图1所示,一种超宽带双极化平面天线,包括介质基板及位于介质基板上的金 属层(图中未示出该双层结构的截面),所述金属层包含了金属区1和镂空区2,其特征在 于,所述金属区1包括位于介质基板四周边缘的接地板11,所述接地板11的中心为属于镂 空区2的多边形槽21;所述接地板11的两相邻边(图1中的左和下两边)上分别具有相互 垂直的第一开口22和第二开。
12、口23;所述第一共面波导传输线12贯穿第一开口22后一端 与位于多边形槽21的第一金属辐射体13连接,另一端作为天线的输入或输出端口(图1中 端口1);所述第二共面波导传输线14贯穿第二开口23后一端与位于多边形槽21的第二 金属辐射体15连接,另一端作为天线的输入或输出端口(图1中端口2);所述接地板11、多 边形槽21自身关于水平方向和垂直方向之间的45度角对称(通过图1中左和下两边的交 点并与下边呈45度角的中心线所示),所述第一开口22、第一共面波导传输线12和第一金 属辐射体13分别与第二开口23、第二共面波导传输线14和第二金属辐射体15关于水平方 向和垂直 方向之间的45度角对称。
13、。 0015 作为对上述基本技术方案的补充和改进: 0016 上述第一开口22和第二开口23为呈阶梯变化的矩形槽,所述矩形槽靠近多边形 槽21的一段开口较大,远离多边形槽21的一段开口较小。 0017 上述介质基板的右上角还具有三角形切角24。 0018 上述接地板11沿水平方向和垂直方向之间的45度角方向在多边形槽21内延伸 有一矩形枝节16,所述矩形枝节16的末端与接地板11保持一定间隔。 0019 上述接地板11、第一共面波导传输线12、第一金属辐射体13、第二共面波导传输 线14、第二金属辐射体15和矩形枝节16保留金属构成了金属层的金属区1图案,上述多 边形槽21、第一开口22、第二。
14、开口23和三角形切角24消除了金属构成了金属层的镂空区 说 明 书CN 102956965 A 3/3页 5 2图案。 0020 本技术方案的工作原理:通过把两个端口(端口1和端口2)设置在天线平面上相 互垂直的位置从而使天线通过两个辐射贴片向水平和垂直方向接收或者发射电磁能量,有 效的减少了天线的尺寸。进一步的在形成端口1和端口2的第一共面波导传输线12和第 二共面波导传输线14的两侧的第一开口22和第二开口23内设置呈阶梯变化的矩形槽,这 可以使馈电口到天线之间达到更好的阻抗匹配从而拓展天线的带宽。放置于多边形槽21 中央的矩形枝节16可以隔断两个辐射单元(即第一金属辐射体13和第二金属辐。
15、射体15) 的近场耦合,从而提高端口1和端口2之间的隔离度。刻在天线右上角的呈等腰直角三角 形的三角形切角24可以改变原有的通过端口1到达端口2或者通过端口2到达端口1的 电流路径,从而改变磁流分布,使得在不增加天线尺寸的基础上进一步减小端口1和端口2 之间的耦合。 0021 为了进一步的说明上述技术方案的可实施性,下面给出一个具体实施例: 0022 本实施例中,介质基板长L=50mm,宽W=50mm,厚度=0.762mm,介质基板的材料为 RogersRO4350,介电常数为3.66。 0023 上述第一共面波导传输线12和第二共面波导传输线14长h1+h (h1=8mm,h=2.6mm),。
16、宽Wd=3mm,采用共面波导馈电方式,且接地板11上的第一开口22和第 二开口23呈阶梯变化的矩形槽,优化了天线匹配,提高了天线性能,其中远离多边形槽21 的一段开口的缝隙宽度g=0.3mm,靠近多边形槽21的一段开口的缝隙宽度为g2=0.6mm,该 段开口的长度为4.6mm,第一共面波导传输线12的中心线偏移介质基板的中心11.6mm。所 述第一开口22的下边缘到多边形槽21的下边缘的垂直距离为W2,该距离根据需要进行设 置,需要保证第一金属辐射体13和第二金属辐射体15与接地板11具有足够的间隙。 0024 上述第一金属辐射体13和第二金属辐射体15的形状为直角梯形,且梯形下底 W4=12。
17、mm,上底W5为下底的一半,高h2=6mm。 0025 上述多边形槽21为关于自身对称的五边形结构,所述多边形槽21距介质基板的 边缘的宽度(图1中左和下)h1=8mm,直角边的长度(图1中左和下)W1=40mm,直角边的长度 (图1中上)W3=6.5mm,同时天线上端开有的三角形切角24的直角边长h3=24mm,在多边形槽 21内加有矩形枝节16,矩形枝节16的长度L1=30mm,宽度为3mm,且其中心线位于水平方向 和垂直方向之间的45度角上。 0026 该天线设计完成后,经过实际仿真和测试,天线的S11和S22参数如图2所示,在 3.1GHz11GHz天线回波损耗小于-10dB,同时S2。
18、1和S12参数如图3所示,在整个工作频段 S21和S12都小于-15dB,特别在4GHz以上可达-25dB,具有很好的隔离度。因此,本技术方 案能够满足超宽带通信的双极化MIMO天线的要求,该天线能工作在3.1-11.2GHz的频率范 围内且两个端口之间的隔离度小于-20dB。 0027 本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发 明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的 普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各 种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。 说 明 书CN 102956965 A 1/2页 6 图1 说 明 书 附 图CN 102956965 A 2/2页 7 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102956965 A 。